JVM 调优总结之 JVM 内存模型及相关参数配置

最近在读 Java 程序性能优化，本编主要记录下关于JVM 调优方面的知识点；具体的细节可以去看这本书的第五章。
本章主要讲了：

• JVM 内存模型结构
• 与内存分配相关的 JVM 参数
• 垃圾回收期的种类和使用方法
• 常用的JVM调优参数

JVM 虚拟机内存模型

首先是 JVM（Java 虚拟机） 内存模型，其将内存数据分为 程序计数器、虚拟机栈、本地方法栈、Java 堆和方法区。（注意这里要区分 Java 虚拟机内存模型 和 Java 内存模型（JMM）是不同的，不要混淆）

1. 程序计数器（线程私有）
   存放下一条运行的指令。
2. Java 虚拟机栈（线程私有）
   （管理Java函数的调用）和 Java 线程一起创建，保存放的的局部变量、部分结果和方法的调用以及返回。
   常遇到的异常：StackOverflowError 和 OutOfMemoryError
   在 Hot Spot 虚拟机中，使用 -Xss 参数这只虚拟机栈的大小。
   涉及工具：jclasslib
3. 本地方法栈
   管理本地方法的调用
   也会抛出 StackOverflowError 和 OutOfMemoryError
4. Java 堆（线程共享）
   几乎所有的对象和数组都是在堆中分配空间。Java 堆分为老年代和新生代两个部分，新生代又细分为eden、survivor space0、survivor space1。
   新生代用于存放刚产生的对象，老年代用于存放年龄稍长的对象（经历垃圾回收次数较多的对象）
   堆空间基本结构：
5. 方法区（线程共享）
   主要保存类的元数据信息，包含类的类型信息、常量池、域信息和方法信息等。

• 类型信息：类的完整名称、类的修饰符和类的直接接口类表
• 常量池：这个类方法、域等信息所引用的常量信息
• 域信息：域名称、域类型、域修饰符（这个域我没太想明白是哪一部分）
• 方法信息：方法名称、返回类型、方法参数、方法修饰符、方法字节码、操作数栈和方法栈帧的局部变量区大小和异常表。方法区的信息大部分来自 class 文件。在 Hot Spot 虚拟机中，方法区也称永久区，是一块独立于 Java 堆的内存空间。
  永久区的 GC: 一是 GC 对永久区常量池的回收；二是永久区对类元数据的回收。

注意： 只要 ClassLoader 被回收，在 Full GC 时，永久区中的类的元数据是完全有可能被回收的。

JVM 内存分配参数

1. 设置最大堆内存
   最大堆指的是新生代和老年代的大小之和的最大值。

   -Xmx
   

2. 设置最小堆内存
   JVM 启动时，占据的内存大小。

   -Xms
   

   如果 -Xms 指定的数值较小，那么 JVM 为了保证系统为了保证在指定的内存范围内运行，就会更加频繁的尽心 GC 操作，来释放内存空间，增加对 Minor GC 和 Full GC 的次数，对系统性能产生一定的影响。
3. 设置新生代
   设置较大的新生代的大小会减小老年代的大小。新生代的大小一般设置为整个堆空间的 1/4 到 1/3

   -Xmn
   

   在 Hot Spot 虚拟机中，使用 -XX:NewSize 用于设置新生代的初始大小，设置 -XX:MaxNewSize 用于设置新生代的最大值。
   注意： 若设置不同的 -XX:NewSize 和 -XX:MaxNewSize 可能会导致内存震荡，产生不必要的系统开销。
4. 设置持久代（老年代）
   持久代（方法区）不属于堆的一部分。在 Hot Spot 虚拟机中，使用 -XX:MaxPermSize 可以设置持久代的对大值，使用 -XX:PermSize 设置持久代的初始化大小。
   持久代的大小直接决定系统可以支持多少个类的定义和多少常量。
   一般的应用程序设置为 64M 和 128M 就满足了。
5. 设置线程栈
   线程栈是线程的一块私有空间（虚拟机栈）。如果栈空间过大，开设线程所需的内存成本就会上升，系统所能支持的线程总数就会下降。

   -Xss
   

   例如设置 -Xss1M，即设置每个线程拥有 1M 的栈空间。
6. 堆的比例分配
   新生代：-Xmn、-NewSize、-MaxNewSize

• -XX:SurvivorRatio 是用来设置新生代中，eden 空间和 s0 空间的比例关系。
• -XX:NewRatio 设置新生代和老年代的比例
• -XX:PrintGCDetails 打印堆的实际大小

堆分配参数总结

• -Xms：初始堆大小
• -Xmx：最大堆大小
• -Xss：线程栈的大小
• -XX:MinHeapFreeRatio：设置堆空间的最小空闲比例。当堆空间的空闲内存小于这个数值时，JVM 便会扩大堆内存
• -XX:MaxHeapFreeRatio：设置对空间的最大空闲比例。当对空间的空闲内存大于这个数值时，JVM 便会压缩堆内存
• -XX:NewSize： 新生代大小
• -XX:NewRatio：老年代和新生代的比例
• -XX:SurvivirRatio：新生代中 eden 和 survivor 区的比例
• -XX:PermSize：永久代初始值
• -XX:TargetSurvivorRatio：survivor 区的可使用率。当 survivor 区的空间使用率达到这个数值时，会将对象放入老年代。

视图：